新能源電力系統優化控制方法及關鍵技術探究

樂姝

摘要：從電力系統發展看，隨著新能源發電技術（本文新能源指以風電、太陽能發電為代表的新興可再生能源發電技術，以下簡稱新能源）的快速進步，間歇式新能源發電比重將進一步提高，這給電網的安全穩定運行帶來一系列挑戰。核電出力穩定、轉動慣量大，適合承擔電力基荷，同時為系統提供必要的轉動慣量，發揮受端電網的電源支撐作用，從而也更加有利于風電、太陽能發電等間歇性電源的消納。因此，亟需深入研究核電與新能源及其他各類電源的協調發展策略。

關鍵詞：新能源;電力系統;優化控制方法;關鍵技術;探究

引言

資源枯竭、環境污染以及全球氣候變化等所帶來的現實環境難題促使建立在化石能源基礎上的能源發展管理方式正亟待轉型和調整。可再生清潔能源如何有效地開發利用已成為當今的研究重點，然而伴隨風力發電和光伏發電等可再生清潔能源的開發量和并網利用規模的增長，其并網后更容易產生大范圍的波動性，也會進一步增大全網負荷的峰谷差，以此引發電力調峰需求急劇增加。如何實現風電、光伏和水電等可再生能源發電與火電相結合，以期實現經濟效益最大化的同時兼顧環保效益是目前亟需研究的問題。

1新能源電力系統的特點

新能源電力系統的中心意義就是實現真正的“縱向垂直互補，垂直網絡負載能源存儲協調”的幫助下相關的技術手段，減少一次性能源的使用，增加新能源在電力系統的比重，最后逐步使可再生能源占據電力資源結構的主要位置。新能源發電系統具有隨機性和波動性、受溫度的影響較大的特點，新能源集成產生的振蕩對電力系統的安全運行有著重要的影響。因此，新能源比例越高，振蕩問題就越嚴重，新能源的普及不僅會影響電力系統的安全穩定運行，而且會對新能源電力系統的運行率產生重大影響。選擇將傳統煤燃發電系統轉化成新能源電力系統最主要的原因就是，新能源系統本身所具有的可再生性、可重復性及可利用性。風能、核能、太陽能和水能等新能源的開發利用是現階段新能源發展的重要組成部分。

2新能源技術的發展

新能源的發展根據技術的成熟度和技術改造的程度可分為四個階段：研發、示范、推廣和產業化。核電、太陽能熱發電、沼氣等技術已進入產業化成熟階段，而太陽能發電、風力發電、生物質能發電、地熱發電和生物燃料等技術大多成熟，處于產業化初期或中期。地熱泵和大中型沼氣爐正處于融資階段，因為需要規模經濟來降低成本。乙醇纖維素、天然氣水合物的勘探和生產、可控核聚變等仍處于研發階段，但還需進一步完善。新能源技術的發展，為人們的生活帶來了諸多的便利，它不僅僅是一種技術型的改革，同時也與人們日常的衣食住行有密切的關系，新能源的革命也會成為人們生活方式的一場革命。對于新能源發電技術的研發與升級，注重新能源生產銷售過程中的問題進行深入的研究與思考，才是優化電力系統，為人們生活謀福利的正確選擇。

3新能源電力系統優化控制方法

3.1 加強數字化技術

從生產發電來看，要實現間接性和波動性明顯的風力發電、光伏消納，電力系統必須增加一些可以靈活迅速調節的電源作為支撐點。然而，我國低碳化的靈活電源，如正電、抽水蓄能裝機占比過高，因而在這方面需要進一步挖掘潛力，加速靈活電源建設和改建，以搭配新能源的發展。并且電力系統的負荷已不同于傳統化相對穩定性的負荷。伴隨空調等大量波動性負荷的發展，必須加強數字化技術和電力網技術的深層融合。

3.2高比例新能源電力系統平衡特征和方式顯著

改變，其發電功率波動的強時空差異性使得電力系統維持時空平衡的難度不斷加大。這使我國靈活性調節資源缺乏的問題日益凸顯，同樣也對傳統只帶基荷運行的核電提出更高要求。針對核電與新能源及各類靈活性調節資源的協調運行問題，本文考慮高比例新能源并網帶來的隨機性和不確定性，以及機組的隨機故障及電力負荷的隨機性，采用ABB公司研發的電力系統隨機生產模擬軟件Grid View，對2035年我國某大區電網進行了模擬分析。未來高比例新能源電力系統中，并非需要核電頻繁參與電網調峰，而是以推進火電靈活性改造、加強儲能等技術應用提高系統靈活性，核電僅在調峰資源嚴重不足時作為補充手段。當然，核電出于安全性及經濟性的考量不頻繁參與電網調峰，并不意味著其可以不承擔調峰義務。這就需要充分發揮市場的資源優化配置作用，并以市場化方式發現系統調峰價值并在不同電源間進行成本分攤。

3.3電力系統以及電瓶車的相融

將新能源電力系統與電瓶車相融合，運用更多的清潔能源，隨著電瓶車的普及，越來越多的電瓶車開上街道，那么，作為必要的基礎設施，發展也必須得跟上。另外，如何高效化地把它們相融到電力系統中，也是一個探索。各個國家的合作能幫助我們在這方面完成“1+1=2”的功效。同時，讓我們也要在各個行業，在有利益相關的方面，包括交通領域、電能領域密切合作。讓我們相信新能源汽車以及電力系統，不論是在電力網方面還是在地方，通過一系列的技術性解決方案能緊密融合。再者，在市場監管這方面政策的適應，或者說是調節，也將能使這樣的融合迅速發生。

3.4并網安全穩定性策略

建立新能源發電單元仿真模型、場站詳細仿真模型及參數庫，系統仿真還原大規模風電脫網事故，模擬風電并網對電能質量的波及關系，明確新能源發電并網穩定邊界條件和技術要求以及高/低壓穿越、電網適應性等并網試驗，并網性大幅度提高。另外，加強新能源場站主動支撐控制系統，能夠實現場站對系統電壓、頻率的快速響應，新能源場站對系統頻率、電壓的支撐能力顯著增強。此外還要對保護裝置進行各種優化，根據電網結構、風電場的容量及SVC調節的特點設計無功補償裝置，進行動態無功補償，對于低電壓或高電壓應具備快速的穿越或切除能力，保證電網的穩定性。

3.5多能源電力系統互補短期優化調度

將風電、光伏、水電和火電組成互補系統，用水電這種靈活或調度電源來平抑風電和光伏出力的波動，解決了夜晚無光伏出力導致風電反調峰特性強的問題，減少棄風和棄光的可能性，平滑風光一體出力，實現削峰填谷。由于火電承擔主要基荷，將風光水電與火電結合進行聯合調度，能夠在有效保障大規模電力有序運行和供應的同時能最大化消納網內的清潔能源。以西南地區某市含風光水火的多能源為研究對象，提出了基于互補系統波動性最小的火電日前調度和基于互補系統跟蹤負荷曲線最優的火電日前調度兩種運行策略。

結束語

新能源高比例發展對電力系統的電壓、電網振蕩等造成了影響，給電力系統的可靠供電、高效消納、安全運行帶來了挑戰。基于對新能源資源和設備特性的認知，通過數值模擬與功率預測、并網安全穩定性策略、智能優化調度等，基本實現了新能源的可預測、可控制與可調度。

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